北山矿的地压监测与分析

李有德

(广西北山矿业发展有限责任公司， 广西 环江县 547100)

北山矿的地压监测与分析

李有德

(广西北山矿业发展有限责任公司， 广西 环江县 547100)

分析了北山矿采空区稳定性情况，对近年来该矿区地压活动情况进行了总结。在工程地质调查的基础上，在该矿建立了2套12通道的声发射监测系统，并且成功预报了一次大规模的岩层垮落事件。设定了北山矿地压监测制度和预警指标，为矿山安全生产提供技术保障。

地压监测；采空区稳定性；监声发射监测系统；预警指标

1 概 况

北山矿位于广西壮族自治区河池市环江县境内，矿区面积1.647 km2，是以硫和锌为主，含铅并伴生银、镉、锗等贵重分散元素的大型综合矿床，共有三个含矿带，其中II号矿带的矿体划归广西北山矿业发展有限责任公司开采，I、III号含矿带的矿体分别划归重组后的化达、环江新发两矿业有限责任公司开采，1980年代后期由广西冶金设计院设计。1993年投产，生产规模为800 t/d。年产铅金属0.5万t，锌金属1.5万t。

2 北山采空区稳定性分析

由于1995年至2001 年上半年矿业秩序较混乱，众多窿口盗采0#勘探线以北210～370 m 标高段的富矿体，形成了1#、2#、3#、4#大采空区，空区体积达316.86万m3。原已建成的井下开拓运输、通风系统受到严重破坏，使矿山不能维持正常的生产秩序。2006年矿山采用大爆破崩落采空区顶板，对4#采空区进行了综合治理，并通过专家组验收。各采空区及治理情况如表1所示。

表1 矿区采空区情况

除1#、2#、3#、4#采空区外，周边还留下了众多空区。目前主要作业区域主要在已治理空区的下部15008采场，顶板暴露面积已经达到3290 m2，空区体积为46060 m3，随着继续开采，该采场顶板暴露面积将会继续增加，12011采场顶板暴露面积为3420 m2，空区体积为54720 m3，并且该采场东北部与15008采场有部分重叠,且12011采场最高已采至141水平，顶板厚不足10 m，而18009空区在15008采场斜上方，空区的上下重叠交错影响，加大了空区顶板发生冒落的危险性，需要加强该区域的地压监测分析。主要采场的具体情况如表2所示。

表2 北山矿主要采场情况

依据矿山的每年原矿产量反推每年新产生的空区量是分析空区的一种方法。实验确定矿石平均密度为4.53 t/m3,北山矿2010年至2013年3月底的采矿量和形成的空区量如表3所示。

表3 北山矿开采量和新形成空区量

从2010年至今，北山矿总计开采463118 t原矿，形成空区102233 m3，生产中有部分矿石被周围矿山越界开采，故实际空区量要稍大于该统计量。

3 地压活动分析与预报

为了有效监测矿山地压活动，实现安全高效生产，广西北山矿业发展有限公司前期建立了两套12通道声发射地压监测系统，分别为监测280 m水平以上(包括280,295,310,340 m水平)的280地压监测系统和监测280 m水平以下(包括190,180,150 m水平)的190地压监测系统，目前两套系统运行稳定。

2005年位于1#采区的1#、2#、3#空区发生了较大规模的冒落，采区东侧已经冒落至地表。2006年采用大爆破方法，强制崩落顶板围岩，对4#采空区进行治理。2008年4#采空区上部空区发生了大规模冒落，冒落至420 m水平，两次冒落时间分布是2008年1月5日和1月20日，声发射监测系统在两次大规模冒落活动前均接收到信号，并且对第二次冒落做出了准确预报。

“1.05”井下顶板冒落事故发生后，通过对280系统参数进行部分调整后，监测系统开始正常运行。通过监测发现异常情况，于1月17日发出警报，矿山于1月18日将井下作业人员撤离，监测结果及分析依据如下：

(1) 2008年1月6日～1月15日，11号探头附近声发射活动开始较为频繁，随着时间推移，逐步稳定下来；

(2) 2008年1月15日～1月16日11：40，5～11号7个探头的信号变化明显，7号探头的信号显著增加，并出现较多大事件，尤其7号探头与11号探头变化明显，7号探头14～16日总事件数分别为8，57，268,其大事件数分别为3,8,25,11号探头14～16日总事件数分别为15,32,233,其大事件数分别为9,12,126;

(3) 2008年1月16日11:40～11：48，多个通道同时接收到相似波形，推测为探头周边80 m范围内岩体变形、并出现较大范围的垮冒时发出的声波;

(4) 2008年1月16日11：49到1月17日，7,10,11号3个通道持续保持较多的声发射事件数，推测为探头周边80 m范围内岩体出现较大的变形，局部垮冒时发出的声波。

根据声发射监测统计结果及发展变化特征，监测通道出现了部分大事件，7,10,11号探头声发射活动明显且出现了大量的大事件，公司将井下整改作业人员全部撤离，2008年1月20日4#空区发生大面积顶板冒落，由于提前进行了预报，避免了伤亡事故，280 m水平声发射监测系统发挥了重要作用。

通过两次大冒落，使岩体中积聚的能量有效的释放，近4 a来的监测数据和现场观测表明，矿山原冒落区地压活动平稳，冒落区处于稳定状态。没有发生大范围的垮落事件，仅一些小的地压活动。但地压活动是一个能量聚集和释放的过程，虽然过去几年没有发生大的地压活动，但这中间正好积聚能量，有可能在未来的某一天突然释放，造成大的危害，因此需要加大监测力度，不能麻痹大意。

4 地压监测制度

结合北山矿现场实际情况，制定了监测分析和汇报制度，各部门需要按要求严格执行。

4.1 宏观地压分析与控制(预防)制度

(1) 生产技术部门每个季度对当前矿区空区总体分布、地压活动监测情况进行分析和整理，并上报矿部，由矿部组织矿相关技术人员定期召开地压专题会议，分析当前地压活动的影响因素，并且评价各区域地压活动级别，按活跃情况分别划分为相对稳定区、轻微活动区和频繁活动区，逐级制定相应的监测和预防措施，必要时对空区采取充填等处理措施。

(2) 每年对矿山开采应力分布进行模拟计算，分析和预测矿区弹塑性区的空间分布和地压活动形式，指导监测网络设计和现场布点。

(3) 安全和技术部门每月定期检查和督促各项地压活动控制(预防)措施的落实。

4.2 汇报制度

(1) 地压监测专职人员每个月对地压活动区域的监测情况进行1～2次分析总结，并形成书面材料(简报)上报有关领导、安全和生产组织部门。

(2) 地压监测专职人员当班现场监测若发现以下地压活动情况异常时，应立即向主管领导、安全部门和调度室汇报：岩音事件率平均达到5次/min，局部时段达到10次/min，周边巷道存在明显的新开裂或旧裂隙扩展；监测点空区面积达到3000 m2，空区顶板冒落速度平均达到2次/min，岩音事件率平均达到2次/min，局部时段达到8次/min；

(3)地压监测专职人员当班室内监测若发现岩音事件率达到10次/10 min，连续3个测时均呈不断上升趋势，且前3 d全天平均事件率有明显的上升趋势，测点周边无爆破作业，可确认为地压活动异常，应立即向有关领导和部门汇报。

(4)井下各生产单位和工作人员在生产作业中发现片帮、岩爆频繁和冒落增多等地压活动异常时应立即向安环科汇报，安环科应在12 h内组织人员现场确认。

5 总 结

通过分析北山矿1#、2#、3#、4#采空区和近年来新产生的空区的稳定性情况，建立2套12通道声发射监测系统，对矿区复杂环境下的地压活动进行了有效监测，设定了危险报警指标和地压监测制度，该系统在2008年有效预测了一次大范围的垮落事件，提前撤出了该区域的作业人员和设备，从而避免了人员伤亡和重大财产损失，保证了矿山的安全生产。

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2013-10-24)

李有德(1970-)，男，采矿工程师，主要从事矿山科研和生产管理工作，Email:liaoxiaokang@126.com。